[发明专利]铁基合金用于塑料模具的用途

说明书

本发明涉及含铬的马氏体铁基合金用于塑料模具的用途。

为制造用于加工有化学腐蚀性的模压塑料的耐腐蚀塑料模具，多半采用含铬量高于12％的铁基合金。按照要求的或希望的材料硬度，可考虑使用能调质处理的含大约13％Cr和大约0.2或0.4％(重量)C的铬钢，例如按DIN的材料号1.2082和1.2083。这些主要含C和Cr的铁基合金完全可以经济地用于制造小负荷的模具，但是它们的缺点是，对于高腐蚀性的模压塑料和加有磨损添加物的塑料，模具没有足够长的使用寿命。

相应于DIN材料号1.2314，将含Cr量增加至约14.5重量％和提高C量至约0.48％重量以及添加约0.25重量％Mo可以获得用于塑料加工的耐腐蚀性更好的铁基合金。这类材料在实际使用中大多数有足够的耐化学腐蚀性能，然而，特别是涉及含矿物纤维的模压塑料时，它们没有足够的耐磨性。

改善涉及氧化腐蚀和磨损的塑料模具使用性能，可通过在所使用的钢内有较高的含Cr量、高的含C量以及含Mo和含V来达到。按DIN的1.2361号材料便是用于高负荷塑料模具的一种典型的铁基合金。但是，在用这种合金制造工具或模具时，会产生材料变形或不均匀的尽寸变化，这种材料变形或尺寸不均匀的改变要求对所加工的零件作往往是昂贵的再加工或使其报废。正如专业人员所已知的那样，这种不均匀的尺寸变化主要由于碳化物的变形纹理或条状结构引起的。若如所建议的那样减少合金基体中的含C量并因而减少了碳化物成分，则同时也降低了尤其是工具的耐磨性，其结果是在有较高的摩擦负荷时增大了模具的磨蚀，缩短了使用寿命。高含C量的另一个缺点是使钢的膨胀能力差和韧性下降。

本发明的目的是要克服上述这些缺点，并建议使用一种用于具有更好的耐腐蚀性的热调质处理塑料模具的含Cr马氏体铁基合金，这种模具可经济地制造和只有很小的尺寸变化，并具有改善了的使用性能。

为实现上述目的，按本发明提供了一种铁基合金的用途，它的组成按重量百分比包括

C     0.25至1.0

Si    至1.0

Mn    至1.6

N     0.10至0.35

Al    至1.0

Co    至2.8

Cr    14.0至25.0

Mo    0.5至3.0

Ni    至3.9

V     0.04至0.4

W     至3.0

Nb    至0.18

Ti    至0.20

并规定，C和N的总浓度为数值A，其重量百分比最低为0.5和最高为1.2，其余为铁和治炼带来的杂质，使用这种铁基合金制造热调质处理的塑料模具，所具有的硬度至少为45HRC，以及，具有良好的耐腐蚀性能和/或可抛光性。

按本发明获得的优点主要是，在热处理过程中，模具或工具基本上有均匀的尺寸变化。此外，改善了模具的耐腐蚀性能，以及，模具的合金基体具有良好的均质性。使用按本发明的合金制成的塑料模具，不仅其机械性能，而且完全意外的是其耐磨性，均得到了显著的提高。模具材料的这种性能改善的原因是，此铁基合金中含有N，这种元素一方面是一种稳固的奥氏体成分，另一方面通过构成氮化物的元素引起产生金属间的硬相(harter Phasen)。所有主要的合金元素的浓度，是在考虑到N对铁基合金的凝固、析出、热处理时的相变动力学、腐蚀和断裂特性的影响等，相互协调地决定，所以，使用按本发明的材料制造热调质处理的塑料模具，使之具有了显著改善的使用特性。这特别适用于可高度抛光的塑料模具，这种模具往往是需要的，例如在电子工业中使用的模具。虽然在科学上还不能完全说清楚所有的原因，但是已发现了下列关系：在凝固和变形以及一般的热处理过程中，按本发明所采用的模具材料的合金基体中Cr的浓度差很小，与不含氮的马氏体铬钢相比，碳化物成分也较低，从而带来高的耐腐蚀能力和显然有特别良好的可抛光性。然而比14％重量低的含Cr量，会导致跳跃式地增加化学腐蚀，尤其是在有机酸的作用下。当含Cr量高于25％重量时，发现了用作塑料模具时材料的脆化现象，因此，在Cr的浓度的16至18％重量的情况下具有最佳的长期效果。